Fysikere så først et "solidt" kvanteobjekt

Fysikere så først et "solidt" kvanteobjekt
Fysikere så først et "solidt" kvanteobjekt
Anonim

Østrigske og amerikanske fysikere kunne for første gang fotografere et "solidt" kvanteobjekt, en glas -nanopartikel, der består af 100 millioner atomer på én gang. Denne præstation udvider markant grænserne for kvantemekanikkens love, rapporteret i tidsskriftet Science, med henvisning til data fra forskerne.

"Vi ved, at kvantefysikkens love gælder for atomer og molekyler, men vi ved ikke, hvor stort et objekt, der udviser kvanteegenskaber, kan være. Ved at fange en nanopartikel og forbinde den med en fotonisk krystal kunne vi isolere sådan en makro -objekt og studerede dets kvanteegenskaber. "rapporteret af Markus Aspelmeyer, professor ved universitetet i Wien (Østrig) og kolleger.

Forskere har længe været interesserede i, hvorfor vi ikke kan observere fænomenet kvanteindvikling - sammenkoblingen af kvantetilstandene mellem to eller flere lyspartikler, atomer eller andre objekter, hvor en ændring i tilstanden for en af dem øjeblikkeligt påvirker tilstanden af andre, i verden af de objekter, som vi kan se med det blotte øje eller i det mindste gennem et mikroskop.

Forskere i dag forklarer, hvorfor to æbler og andre synlige objekter ikke kan forenes af sådanne "mærkelige forbindelser", som Einstein kaldte dem, af den grund, at de ødelægges som følge af den såkaldte dekoherens. På lignende måde kalder forskere konsekvenserne af objekters interaktion for "sammenfiltret" på kvanteplan med atomer, molekyler, andre klynger af stof og miljøets kræfter.

I overensstemmelse med denne logik, jo større objektet er, desto oftere kontakter det miljøet og jo hurtigere opløses de kvantebindinger, der forbinder det med andre partikler og kroppe. Denne overvejelse gav anledning til diskussioner om, hvor kvantemekanik begynder og slutter, om det påvirker adfærden for store objekter generelt, og om det er muligt at finde grænsen mellem kvantemikrokosmos og det almindelige makrokosmos.

Quantum køleskab

Aspelmeyer og hans kolleger har taget et stort skridt i retning af at udvide kvanteverdenens grænser, eksperimentere med nanopartikler og en optisk fælde, et sæt med flere lasere og linser, der kan holde små fragmenter af stof i et vakuum og afkøle dem til temperaturer tæt på absolut nul.

Denne egenskab ved optiske fælder, som forskere forklarer, er ekstremt vigtig for at studere kvanteegenskaberne for alle former for stof. Dette skyldes det faktum, at atomer, molekyler og partikler ved sådanne temperaturer ophører med at bevæge sig kaotisk under påvirkning af varme og går over i en særlig tilstand, hvor kun kvanteverdenens love virker på dem.

Dette er let nok at opnå for enkeltatomer og molekyler, såvel som gasformige klynger af dem, men tidligere kunne fysikere ikke afkøle faste former for stof til dette punkt. I begyndelsen af sidste år løste Aspelmeyer og hans team dette problem ved at vælge bølgelængden på laserne, der bruges til at "pumpe" optiske fælder, hvor nanopartiklen begynder at miste energi og spreder deres stråling, hvilket fører til at den bremses og afkøles.

Efter at have opnået denne succes forberedte østrigske og amerikanske fysikere en nanopartikel af rent silicaglas, anbragte den i denne enhed, afkølet til en temperatur tæt på absolut nul og målte dens kvanteegenskaber. Disse målinger bekræftede, at hun udviklede dem til flere brøkdele af et mikrosekund.

Indtil videre, som fysikere indrømmer, er dette ikke nok til at udføre kvanteeksperimenter, men i fremtiden, hvis du reducerer støjniveauet i laserstråling og forbedrer fældens drift som helhed, vil nanopartiklen forblive i en kvantetilstand for omkring syv mikrosekunder.

Ifølge forskere vil denne tid være nok til at observere, hvordan kvante-makroobjektet "falder", som tyngdekraften virker på. Dette vil gøre det muligt at bruge flere sådanne partikler til at studere gravitationsbølger og afsløre arten af tyngdekraftens "forhold" til kvantemikrokosmos, som den berømte amerikanske fysiker Richard Feynman foreslog at gøre tilbage i 1957.

Anbefalede: